RGB、HSV、HSI颜色空间

概述

这篇博客主要介绍RGB、HSV和HSI颜色空间以及转换公式。

RGB颜色空间

定义

RGB颜色空间通常用于显示器系统，例如：电脑、电视机的显示器使用的都是RGB颜色空间。利用物理学中的三原色叠加原理，可以产生各种颜色。在RGB颜色空间中，R、G、B各颜色分量彼此独立。

RGB颜色空间的缺点在于不符合人眼的视觉特性，直接处理多有不便，因此通常需要转换到其他颜色空间进行处理，最后再转换到RGB颜色空间，用于显示器显示。

数学模型

RGB颜色空间中，R、G、B三个分量彼此独立，所能表示的范围也相同，例如：用8比特来表示每个分量，则所能表示的范围为[0,255]。在数学上，RGB颜色空间可以用一个正方体来表示，如下图所示：

HSV颜色空间

定义

HSV颜色空间中，H是Hue（色度）的缩写，S是Saturation（饱和度）的缩写，V是Value（亮度）的缩写。色度通常用来从宏观上区分某一种颜色，例如：白、黄、青、绿、品红、红、蓝、黑等就是色度；饱和度指的是颜色的纯度，通常情况下，颜色越鲜艳，饱和度越高，颜色越暗淡，饱和度越低；亮度指的是颜色的明暗程度，亮度越高，颜色越亮，亮度越低，颜色越暗。

HSV颜色空间不适合显示器系统，但是更符合人眼的视觉特性，因此通常会将颜色从RGB空间域转换到HSV颜色空间进行处理，然后在换回RGB域进行显示。

数学模型

HSV颜色空间可以用一个圆锥来表示，如下图所示：



如图所示，某一像素的H可以由该点与白色基准线所形成的圆心角表示，H的取值范围为[0,360]；某一点的S可以由该点与所在圆面的圆心之间的距离表示，距离越大，饱和度越高，反之越低；某一点的V可以由该点所在圆面与圆锥顶部之间的距离表示，距离越大，亮度越高，反之则越低。

HSI颜色空间

HSI颜色空间中，H和S与HSV颜色空间中的含义相同，I是Intensity（强度）的缩写。HSI颜色空间与HSV颜色空间很相近，但彼此之家并不相同。

数学模型

与HSV颜色空间不同的是，HSI颜色空间可以用以双锥体表示，数学模型如下图：



如图所示，与HSV颜色空间相比，HSI颜色空间中，H和S仍旧用相同的表示方法，不同的地方在于I的表示不同于V。

RGB到HSV的转换公式

分段函数法

RGB到HSI的转换公式

几何推导法



其他转换方法

RGB到HSI还有其他的转换方法，详情请参考博文RGB到HSI转换.

参考文献

RGB和HSV颜色空间

RGB与HSV(HSB)的转换公式

RGB到HSI转换